广西扶绥县沉积型铝土矿床地质特征与成矿模式

韦 访，黄光琼，黄文芳，张珩清，杨 海

(广西壮族自治区地质调查院，广西 南宁 530031)

0 引言

我国铝土矿可分为喀斯特型(沉积型)、堆积型和红土型三类，广西目前主要开发利用的是堆积型一水硬铝土矿，研究程度亦最高，而作为堆积铝土矿的矿源层二叠系合山组沉积型铝土矿(原生矿)研究程度却较薄弱。近年广西自然资源厅主持实施的“找矿突破战略行动”桂西地区沉积型铝土矿控矿因素、成矿规律和找矿预测研究项目中，笔者等通过调查，发现扶绥沉积型铝土矿矿石颜色、矿物特征反映了其成矿环境，矿石主量元素中，Al2O3与SiO2、Fe2O3、烧失量及矿层厚度均存在一定的相关性。

在总结上述认识的基础上，结合前人研究成果提出扶绥地区沉积型铝土矿床成矿作用可分为红土化作用、沉积—成岩作用和氧化淋滤作用三个主要阶段，并建立成矿模式，以期有助于今后一段时期的找矿勘查与研究工作。

1 区域地质背景

广西沉积型铝土矿主要分布在桂西和桂西南地区，可分为两个成矿带，即平果—德保—靖西和上林—扶绥—龙州成矿带。前者位于大明山古陆北缘，简称为北部成矿带，后者除上林位于大明山古陆的东北缘外，其余均位于南缘，简称南矿带[1-2]。研究区位于大明山古陆南缘崇左复式向斜次级雷卡向斜北翼，经历了东吴运动、苏皖运动、印支运动、燕山运动及喜马拉雅运动。其中东吴运动在本区表现为上二叠统合山组平行不整合覆盖于中二叠统茅口组之上，两者之间局部具古风化壳，对沉积型铝土矿的形成起到了关键作用。区内地层除奥陶系缺失外，自上寒武统至第四系均有不同程度的分布。晚古生代—早三叠世大部分为地台型沉积，广泛发育碳酸盐岩、基性—酸性火山碎屑岩及含铁铝煤系建造。区内断裂构造极为发育，区域性大断裂主要为凭祥—南宁断裂、东门—新江断裂、黑水河断裂。

2 矿区地质特征

扶绥沉积型铝土矿(床)可分为东罗、柳桥和山圩三个矿段，矿区内褶皱构造不甚发育，多为单斜岩层。矿区内断裂构造比较发育，以NE向为主，次为近SN向。矿区地层为上石炭统、二叠系、中—下三叠统、下白垩统新隆组及第四系(图1)。

沉积型铝土矿体赋存于上二叠统合山组底部与中二叠统茅口组间平行不整合面，呈层状、似层状、透镜状沿走向断续分布，长达数十千米。单个矿体长度一般为1000～3000 m，厚度不稳定，1.05～8.72 m，一般厚2～3 m。矿体规模受茅口组灰岩古侵蚀面控制，一般凹下地段矿层厚度较大，凸起地段厚度较小，甚至尖灭缺失。

2.1 矿石特征

2.1.1 颜色变化

东罗矿段的沉积型铝土矿石以灰色、深灰色为主，柳桥、山圩矿段以褐红色、紫红色为主，值得注意的是，在不大的范围内各矿段矿石颜色均随空间快速的变化，说明铝土矿形成于陆相背景条件，因为只有在陆地才可能在小范围内形成环境的快速变化，即使是在陆相氧化环境，来自陆地为红色物质堆积在沼泽或者潟湖之后，在有机物影响下也可被还原成为灰色或者黑色。而且铝土矿、黏土岩与薄煤层(炭质泥岩)的多层交替，显示了湖泊发育成沼泽所致[4]。

2.1.2 矿物组成

扶绥沉积型铝土矿矿石综合样品X衍射图谱(图2)显示主要矿物为高岭石、勃姆铝矿(即一水软铝石)、水铝石(即一水硬铝石)，次量矿物为菱铁矿、黄铁矿，还有少量白钛石及锐钛矿、方解石。

矿石的矿物成分及含量见表1。由表1可见矿石中存在较多的含 Fe2+的黄铁矿，说明矿石可能形成于还原环境或成矿后被还原；从矿物成分来看，矿区的高岭石分布较为普遍，高岭石在温暖潮湿或炎热的大陆环境中易于形成，海洋的碱性环境下主要形成蒙脱石和水云母，矿区内少见蒙脱石、绿泥石、方解石、白云石等海相矿物，说明铝土矿的形成环境与海相环境关系不密切，而与陆相环境相关性更高[4]。

表1 扶绥沉积型铝土矿矿石的矿物成分及其含量

2.1.3 化学成分

该区沉积型铝土矿矿石的主要化学组分为Al2O3、SiO2、Fe2O3、灼失量及S，矿石中平均w(Al2O3)=48.30%，平均w(SiO2)=14.82%，平均w(Fe2O3)=14.67%，灼失量平均为17.32%，铝硅比(A/S)平均值为3.49，平均w(S)=4.98%；主量元素中，Al2O3与SiO2、Fe2O3、呈负相关关系(图3)，而与烧失量和矿层厚度正相关性不明显[5]；S与Al2O3呈不相关，表明S可能为后期侵入并使矿石的中的Fe还原为黄铁矿[5]。

该区堆积铝土矿净矿石w(Al2O3)=40.23%～57.03%，平均47.71%；w(SiO2)=7.40%～18.49%，平均12.54%；w(Fe2O3)=17.92%～31.15%，平均24.78%；灼失量为9.68%～12.88%，平均11.61%[6]。由表2可见，该区堆积铝土矿在淋滤作用下，是一个脱硅去杂质的过程，铝、铁亦相应流失，但相较而言，铁比铝更难流失，因而表现为相对富集，形成铁壳层[7-10]。

表2 扶绥沉积/堆积铝土矿矿石主要化学成分对比

2.2 矿层围岩特征

笔者统计了矿区14个钻孔勘查资料，发现沉积型铝土矿层上覆盖层为炭质泥岩的5个，煤层4个，泥岩为3个，灰岩仅为2个，表明沉积型铝土岩(矿)上覆岩性较为复杂；同时铝土岩层中尚保存有地表风化的灰岩团块或巨砾(图4a)[11]，表明铝土岩在地表环境下于灰岩基岩相对凹洼地段沉积，基本定位后才接受海侵，块状铝土岩上部局部发育具沉积韵律的薄层状铝土岩(矿)表明部分铝土岩(矿)为准原地堆积(图4b)。扶绥地区铝土矿的化学蚀变指数(CIA)接近100(表3)，CIA值>80指示强烈化学风化强度，对应炎热、潮湿的气候条件[8，12-13]。由此可见，沉积型铝土岩(矿)在沉积初期为陆相环境。含矿岩系上部的炭质泥岩、煤(层)线反映了沉积型铝土矿成矿后的古环境，但与铝土矿层和铁铝岩层的厚度没有明显的直接联系[11]。

表3 岜羊矿段沉积型铝土矿化学蚀变指数[12]

3 沉积型铝土矿床成矿机理讨论

3.1 岩相古地理条件

桂西地区合山期岩相古地理图表明，已发现的与合山组铝土岩有关的矿床无一例外均分布于台地之中。台地海侵之前长期抬升为陆，并发展为准平原地貌，炭酸盐岩遭受风化剥蚀，形成古红土，在此期间峨眉山火成岩喷发与印支板块之间长山火山弧的火山喷发形成的火山尘进入大气平流层向桂西地区扩散，并降落在暴露的炭酸盐岩台地之上成凝灰岩层[10，14]；古红土在海侵前部分已短距离搬运到岩溶洼地中，海侵初期台地逐渐发展为局限—半局限台地泻湖，依次沉积了铝土质泥岩、泥岩夹煤(线)层、硅质泥岩，随着海侵规模加大，接受了晚二叠世晚期巨厚的炭酸盐岩沉积。其中，茅口组灰岩不仅为成矿物质就位提供了积累的空间，其风化后的红土物质同样成为铝土矿层形成提供了一定的物质基础[14-17]。

3.2 红土化作用

碳酸盐岩类岩石，主要经历三个期次，在整个红土化过程中，由原生岩石风化→伊利石黏土→高岭石黏土→含铁铝矿石(高铁三水铝矿石)红土。期间，在热带和亚热带的气候条件下，在红土风化壳的渗透带下部和变动带中，经过一次次的晴雨交替，年复一年的四季干湿和暖热变化，使每次形成的三水铝石、针铁矿等矿物，经漫长的红土化作用后，即在残余(留)、淋积(淋滤)、吸附、压碎、胶结、堆积(潜积)等综合地质作用下，才形成了大小不一、形态各异、结构构造复杂的多世代的三水铝土质红土，甚至形成三水铝矿石和铝质铁、锰矿石等。

最后，地层褶皱上升成陆，原生沉积型铝土岩出露地表，在浅部，富氧地下水对原生铝土岩进行渗透淋滤，去硫脱硅，形成了现代高品位沉积型铝土矿矿床，裸露地表则进一步形成堆积型铝土矿矿床。

4 铝土矿床成矿模式

综上所述，扶绥地区沉积型铝土矿成矿作用可大致分为三个主要阶段(图5)：

1)红土化作用：发生于茅口期晚期，孤立台地(或远岸台地)遭受溶蚀，碳酸盐岩长期风化形成红土，铝和相对活泼的钾、钙、钠、镁、硫、硅等物质分离，形成富集铝物质的古风化壳，大部分三水铝矿在此阶段形成。该时期部分红土已短距离搬运到低凹地段。

2)沉积-成岩作用：古风化壳与基岩接受海侵，盖层开始沉积，由于台缘礁的发育，台地中心区域演变为局限的滞水还原环境，局限水环境导致藻类繁盛，促使炭质和硫的富集，并向下渗滤与古风化壳红土及沉积物中的铁形成黄铁矿；随着埋深—压实作用的发展，三水铝石转变成一水硬铝石、一水软铝石，同时形成高岭石、蒙脱石、长石、云母等含Al矿物，本阶段形成了沉积型铝土岩。

3)氧化淋滤作用：褶皱抬升为陆，地表浅部的沉积型铝土矿(或沉积铝土岩)接受富含氧的地下水渗透淋滤，大部分相对活泼组分流失，Al组分相对提高，提高沉积型铝土矿品质。而崩塌到洼地中的沉积型铝土岩(或铝土矿)则被改造成堆积型铝土矿。

5 结论

1)广西扶绥地区沉积型铝土矿矿石的颜色快速变化与矿物特征表明铝土矿的形成环境与海相环境关系不强，而与陆相环境相关性更高。

2)沉积型铝土矿矿石的主要化学组分为 Al2O3、SiO2、Fe2O3、灼失量及S。Al2O3与 SiO2、Fe2O3呈负相关关系，而与烧失量和矿层厚度正相关性不明显；S与Al2O3呈不相关，表明S可能为后期带入。沉积型铝土岩CIA接近100指示强烈化学风化强度，对应炎热、潮湿的气候条件，上覆围岩岩性较为复杂，即有(炭质)泥岩、煤(层)线和灰岩，合山组含矿岩系自下而上揭示了沉积环境从陆相到海相的变化。

3)扶绥地区沉积型铝土矿成矿过程可分为红土化作用、沉积-成岩作用和氧化淋滤作用三个主要阶段。